(57)【要約】  燃料電池セルは、上下一対のインターコネクタの間に、空気極側のガスシール部と、セパレータと、燃料極フレームと、燃料極側のガスシール部とを備えている。ガスシール部は、燃料電池セルの積層方向に貫通してガス流路の一部を構成する第１ガス流路と、ガスシール部の面方向に沿って延びる第２ガス流路とを有している。ガスシール部においては、第１ガス流路と第２ガス流路とは連通しておらず、ガスシール部の厚み方向の両側の少なくとも一方に積層される部材に、第１ガス流路と第２ガス流路とを連通する第３ガス流路を有している。
2011148769.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化剤ガスに接する空気極側と燃料ガスに接する燃料極側とをセパレータで分離した板状の発電セルを、インターコネクタを介して積層した燃料電池スタックを備えるとともに、前記酸化剤ガスと燃料ガスとをそれぞれ前記積層方向に流す積層ガス流路を備えた固体酸化物形燃料電池であって、
前記空気極側及び燃料極側の少なくとも一方において、前記インターコネクタと前記セパレータとの間に、板状のガスシール部を配置して積層するとともに、
前記ガスシール部は、前記積層方向に貫通して前記積層ガス流路の一部を構成する第１ガス流路と、前記ガスシール部の面方向に沿って延びる第２ガス流路と、を有し、
且つ、前記ガスシール部においては、前記第１ガス流路と前記第２ガス流路とは連通しておらず、
さらに、前記ガスシール部の厚み方向の両側の少なくとも一方に積層される部材に、前記第１ガス流路と前記第２ガス流路とを連通する第３ガス流路を有することを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
【請求項２】
前記ガスシール部は、前記セパレータに接していることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項３】
前記ガスシール部に形成される第２ガス流路は、前記ガスシール部を厚み方向から見た場合に、前記第１ガス流路を中心にして左右対称に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項４】
前記第３ガス流路は分岐点Ａにて前記第１ガス流路から分岐する構成であって、
前記第１ガス流路の前記分岐点Ａより下流側における圧損指数（ΔＰＡ１）が、前記第３ガス流路の前記分岐点Ａより下流側における圧損指数（ΔＰＡ３）より小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項５】
前記第２ガス流路は分岐点Ｂにて前記第３ガス流路から分岐する構成であって、
前記第３ガス流路の前記分岐点Ｂより下流側における圧損指数（ΔＰＢ３）が、前記第２ガス流路の前記分岐点Ｂより下流側における圧損指数（ΔＰＢ２）より小さいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項６】
前記ガスシール部の厚み方向の両側の少なくとも一方において、少なくとも前記第２ガス流路に対応する箇所に、絶縁部材を配置したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項７】
前記絶縁部材を、前記空気極側に配置したことを特徴とする請求項６に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項８】
前記絶縁部材を、マイカ又はバーミキュライトにより構成したことを特徴とする請求項６又は７に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項９】
前記ガスシール部を、マイカ又はバーミキュライトにより構成したことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項１０】
前記ガスシール部の前記第１ガス流路及び前記第２ガス流路、又は前記第３ガス流路は、プレス加工、若しくはレーザ加工によって形成されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項１１】
酸化剤ガスに接する空気極側と燃料ガスに接する燃料極側とをセパレータで分離した板状の発電セルを、インターコネクタを介して積層した燃料電池スタックを備えるとともに、前記酸化剤ガスと燃料ガスとをそれぞれ前記積層方向に流す積層ガス流路を備えた固体酸化物形燃料電池であって、
前記空気極側及び燃料極側の少なくとも一方において、前記インターコネクタと前記セパレータとの間に、板状のガスシール部を配置して積層するとともに、
前記ガスシール部は、前記積層方向に貫通して前記積層ガス流路の一部を構成する第１ガス流路と、該第１ガス流路と連通するとともに面方向に沿って延びる第２ガス流路と、を有し、
且つ、前記ガスシール部を、マイカ又はバーミキュライトにより構成したことを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
【請求項１２】
前記ガスシール部は、前記セパレータに接していることを特徴とする請求項１１に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項１３】
前記ガスシール部に形成される第２ガス流路は、前記ガスシール部を厚み方向から見た場合に、前記第１ガス流路を中心にして左右対称に形成されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項１４】
前記ガスシール部の厚み方向の両側の少なくとも一方において、少なくとも前記第２ガス流路に対応する箇所に、絶縁部材を配置したことを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項１５】
前記絶縁部材を、前記空気極側に配置したことを特徴とする請求項１４に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項１６】
前記絶縁部材を、マイカ又はバーミキュライトにより構成したことを特徴とする請求項１４又は１５に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項１７】
前記ガスシール部の前記第１ガス流路及び前記第２ガス流路は、プレス加工、若しくはレーザ加工によって形成されることを特徴とする請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本国際出願は、２０１０年５月２６日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０１０-１２０８３９号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１０-１２０８３９号の全内容を本国際出願に援用する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、燃料極、酸化剤極、及び固体酸化物体を有する固体酸化物形燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
従来、燃料電池として、固体電解質（固体酸化物）を用いた固体酸化物形燃料電池（以下ＳＯＦＣとも記す）が知られている。
このＳＯＦＣでは、発電単位として、例えば固体酸化物層の一方の側に燃料ガスに接する燃料極を設けるとともに、他方の側に酸化剤ガス（空気）と接する酸化剤極（空気極）を設けた発電セル（燃料電池セル）が使用されている。更に、所望の電圧を得るために、インターコネクタを介して複数の燃料電池セルを積層したスタック（燃料電池スタック）が開発されている。
また、上述した燃料電池スタックにおいては、発電に使用される燃料ガスや空気は、燃料電池セルの積層方向と直交する横方向から供給されて、燃料極や空気極の表面に沿って流れ、その後、使用に供された燃料ガスや空気は、同様に横方向から排出される構成となっている。【０００４】
更に、従来では、燃料ガスや空気を、燃料電池セルの内部（燃料極や空気極に接する内部空間）に導入するために、燃料電池セルを構成する金属フレームやインターコネクタに、ガス導入孔（又はガス排出孔）やそれに連通するガス流路を設けていた（特許文献１〜３参照）。【０００５】
これらの従来技術のうち、平板積層タイプの燃料電池スタックでは、空気又は燃料ガスを各燃料電池セルに供給するために、燃料電池スタックの積層方向に貫通するガス流路（第１ガス流路）と、その第１ガス流路から、各燃料電池セルの平板状の電極（燃料極や空気極）に各ガスを供給するために、燃料電池セルの面方向に伸びる（即ち前記積層方向と垂直な）流路（第２ガス流路）が必要であった。また、第２ガス流路は、燃料電池セルを保持する金属フレームやインターコネクタに形成するのが一般的であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−９３８３５号公報
【特許文献２】特開平１１−２６００７号公報
【特許文献３】特開２００４−３１９２９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、平板状の電極全面に均一にガスを供給しようとする場合、第２ガス流路が単純な構造では、電極面内におけるガスの流れが不均一になり、空気や燃料ガスの利用率特性が低下するため、複雑な形状にする必要があった。【０００８】
しかしながら、この複雑な形状の流路（第２ガス流路）を例えば金属フレームによって形成する場合には、金属フレームを積層構造とする方法やエッチング加工による方法が考えられるが、燃料電池スタックの強度を低下させないためには、流路の厚みの分の増加が必要になる。また、インターコネクタに流路（第２ガス流路のような複雑な流路）を形成する場合にも、同様な問題がある。【０００９】
その結果、燃料電池スタックの厚みが増加し、発電時に燃料電池スタックの中央と端部（外周側）、又は燃料電池スタックの積層方向の両端での温度分布が大きくなり、非効率な運転制御が強いられ、場合によっては、故障が発生し易くなるという問題があった。更には、重量増加に伴い熱容量が大きくなるので、起動時間が遅くなったり、コストが増加するという問題もあった。【００１０】
また、流路の形成のために、金属フレームなどを積層する場合には、ろう付け工程の必要があり、また、エッチング加工を行う場合には、エッチング工程が必要になり、いずれも作業工程が複雑化し、コストアップにつながるという問題があった。【００１１】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、燃料電池スタックの厚みを薄くすることができるとともに、製造工程を簡易化できる固体酸化物形燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）本発明は、第１態様として、酸化剤ガスに接する空気極側と燃料ガスに接する燃料極側とをセパレータで分離した板状の発電セルを、インターコネクタを介して積層した燃料電池スタックを備えるとともに、前記酸化剤ガスと燃料ガスとをそれぞれ前記積層方向に流す積層ガス流路を備えた固体酸化物形燃料電池であって、前記空気極側及び燃料極側の少なくとも一方において、前記インターコネクタと前記セパレータとの間に、板状のガスシール部を配置して積層するとともに、前記ガスシール部は、前記積層方向に貫通して前記積層ガス流路の一部を構成する第１ガス流路と、前記ガスシール部の面方向に沿って延びる第２ガス流路と、を有し、且つ、前記ガスシール部においては、前記第１ガス流路と前記第２ガス流路とは連通しておらず、さらに、前記ガスシール部の厚み方向の両側の少なくとも一方に積層される部材に、前記第１ガス流路と前記第２ガス流路とを連通する第３ガス流路を有することを特徴とする。【００１３】
本発明では、インターコネクタとセパレータとの間に配置されたガスシール部に、燃料電池スタックの積層方向に貫通する第１ガス流路と、発電セルの面方向（平面方向）に延びる第２ガス流路とが形成されているが、このガスシール部においては、第１ガス流路と第２ガス流路とは連通していない。一方、ガスシール部の厚み方向に積層される例えばインターコネクタなどの部材に、第１ガス流路と第２ガス流路とを連通する単純な構造の第３ガス流路が形成されている。つまり、第１ガス流路と第２ガス流路とを連通する第３ガス流路は、ガスシール部ではなく、ガスシール部に隣接する他の部材に形成されている。【００１４】
これによって、従来必要であった空気極側の（流路形成のための例えば数段分の）金属フレームを省略することが可能である。また、インターコネクタにも従来の第２ガス流路のような複雑な流路を形成する必要性が無くなるので、インターコネクタの厚みを薄くすることができる。【００１５】
その結果、燃料電池の厚みを小さくすることができるので、発電時における燃料電池の中央部と端部（外周側）、又は燃料電池の積層方向の両端での温度分布を均一にすることができる。また、燃料電池の起動開始から定格温度に達するまでの時間を短縮することができる。【００１６】
更には、金属フレームやインターコネクタに複雑な流路を形成するために必要な作業工程や加工費を削減することができ、しかも、従来の金属フレーム等のロウ付け工程を省略することも可能である。【００１７】
なお、従来は、燃料電池の強度を確保しつつ複雑な流路を形成するためには、複雑な流路を形成する金属フレームやインターコネクタなどを厚くする必要があるが、本発明では、ガスシール部に第１ガス流路及び第２ガス流路を形成するので、インターコネクタなどを薄くしても、燃料電池の強度を十分に確保することができる。【００１８】
（２）本発明では、第２態様として、ガスシール部を、セパレータに接するように配置することができる。
つまり、従来セパレータに接していた金属フレームに代えて、上述したガスシール部を配置することができる。【００１９】
（３）本発明では、第３態様として、ガスシール部に形成される第２ガス流路を、ガスシール部を厚み方向から見た場合に、第１ガス流路を中心にして左右対称に形成することができる。【００２０】
これにより、例えば燃料極側の流路や酸化剤ガス側の流路において、より均一にガスを流すことができる。
（４）本発明では、第４態様として、第３ガス流路は分岐点Ａにて第１ガス流路から分岐する構成であって、第１ガス流路の分岐点Ａより下流側における圧損指数（ΔＰＡ１）が、第３ガス流路の分岐点Ａより下流側における圧損指数（ΔＰＡ３）より小さいように構成できる。【００２１】
つまり、後述する図１０に例示する様に、この構成により、第１ガス流路における分岐点Ａより末端側の流路（即ち分岐点Ａより下流側の他の第３ガス流路）に到るまで、好適にガスを供給することができる。【００２２】
ここで、前記圧損指数とは、下記式（１）で定義されるものである。
圧損指数＝（流路の長さ／流路の円相当径）×（流速）2・・・・（１）
また、流速［ｍ／ｓ］は、流量［Ｌ／min］／（１０００×６０×流路断面積［ｍ2］）で表されるので、厚損指数は、下記式（２）で表現することができる。【００２３】
圧損指数＝（流路の長さ［ｍ］／流路の円相当径［ｍ］）
×（流量［Ｌ／min］／（１０００×６０×流路断面積［ｍ2］）2・・（２）
なお、この圧損指数は、下記の周知のファニングの式（３）において、λ、γを係数とすることにより得られるものである。なお、下記配管は流路を示している。【００２４】
ΔＰ＝λ・（Ｌ／Ｄ）・（γＶ2／２）    ・・・（３）
但し、ΔＰ：圧力損失    ［Ｐａ］
λ  ：管摩擦係数
Ｌ  ：配管長さ    ［ｍ］
Ｄ  ：配管径      ［ｍ］
γ  ：管内ガス密度［ｋｇ／ｍ3］
Ｖ  ：管内流速    ［ｍ／ｓ］
（５）本発明では、第５態様として、第２ガス流路は分岐点Ｂにて第３ガス流路から分岐する構成であって、第３ガス流路の前記分岐点Ｂより下流側における圧損指数（ΔＰＢ３）が、第２ガス流路の分岐点Ｂより下流側における圧損指数（ΔＰＢ２）より小さいように構成できる。【００２５】
つまり、後述する図１１に例示するように、この構成により、第３ガス流路における分岐点Ｂよりの末端側の流路（即ち分岐点Ｂより下流側の他の第２ガス流路）に到るまで、好適にガスを供給することができる。【００２６】
（６）本発明では、第６態様として、ガスシール部の厚み方向の両側の少なくとも一方において、少なくとも第２ガス流路に対応する箇所に、絶縁部材を配置することができる。【００２７】
この絶縁部材の配置により、第２ガス流路の厚み方向の両側の部材が接触して電気的にショートすることを防止できる。特に、燃料ガスと酸化剤ガスの流路を分離するセパレータの材料として薄膜の金属プレートが使用される場合には、セパレータが第２ガス流路に入り込んでインターコネクタに接触する可能性があるが、この絶縁部材を配置することによって、そのようなショートの発生を防止できる。【００２８】
（７）本発明では、第７態様として、絶縁部材を、空気極側に配置することができる。
これにより、空気極側におけるショートを有効に防止できる。
（８）本発明では、第８態様として、絶縁部材の材料として、マイカ又はバーミキュライトを用いることができる。【００２９】
（９）本発明では、第９態様として、ガスシール部の材料として、マイカ又はバーミキュライトを用いることができる。
（１０）本発明では、第１０態様として、ガスシール部として、第１ガス流路及び第２ガス流路、又は第３ガス流路が、プレス加工又はレーザ加工によって形成されたものを用いることができる。【００３０】
（１１）本発明では、第１１態様として、酸化剤ガスに接する空気極側と燃料ガスに接する燃料極側とをセパレータで分離した板状の発電セルを、インターコネクタを介して積層した燃料電池スタックを備えるとともに、前記酸化剤ガスと燃料ガスとをそれぞれ前記積層方向に流す積層ガス流路を備えた固体酸化物形燃料電池であって、前記空気極側及び燃料極側の少なくとも一方において、前記インターコネクタと前記セパレータとの間に、板状のガスシール部を配置して積層するとともに、前記ガスシール部は、前記積層方向に貫通して前記積層ガス流路の一部を構成する第１ガス流路と、該第１ガス流路と連通するとともに面方向に沿って延びる第２ガス流路と、を有し、且つ、前記ガスシール部を、マイカ又はバーミキュライトにより構成したことを特徴とする。【００３１】
本発明では、インターコネクタとセパレータとの間に配置されたガスシール部に、燃料電池スタックの積層方向に貫通する第１ガス流路と、発電セルの面方向（平面方向）に延びる第２ガス流路とが形成されており、しかも、ガスシール部は、マイカ又はバーミキュライトにより構成されている。【００３２】
これによって、従来必要であった空気極側の（流路形成のための例えば数段分の）金属フレームを省略することが可能である。また、インターコネクタにも従来の第２ガス流路のような複雑な流路を形成する必要性が無くなるので、インターコネクタの厚みを薄くすることができる。【００３３】
その結果、燃料電池全体の厚みを小さくすることができるので、発電時における燃料電池の中央部と端部（外周側）、又は燃料電池の積層方向の両端での温度分布を均一にすることができる。また、燃料電池の起動開始から定格温度に達するまでの時間を短縮することができる。【００３４】
更には、金属フレームやインターコネクタに複雑な流路を形成するために必要な作業工程や加工費を削減することができ、しかも、従来の金属フレーム等のロウ付け工程を省略することも可能である。【００３５】
なお、従来は、燃料電池の強度を確保しつつ複雑な流路を形成するためには、複雑な流路を形成する金属フレームやインターコネクタなどを厚くする必要があるが、本発明では、ガスシール部に第１ガス流路及び第２ガス流路を形成するので、インターコネクタなどを薄くしても、燃料電池の強度を十分に確保することができる。【００３６】
（１２）本発明では、第１２態様として、ガスシール部を、セパレータに接するように配置することができる。
つまり、従来セパレータに接していた金属フレームに代えて、上述したガスシール部を配置することができる。【００３７】
（１３）本発明では、第１３態様として、ガスシール部に形成される第２ガス流路を、ガスシール部を厚み方向から見た場合に、第１ガス流路を中心にして左右対称に形成することができる。【００３８】
これにより、例えば燃料極側の流路や酸化剤ガス側の流路において、より均一にガスを流すことができる。
（１４）本発明では、第１４態様として、ガスシール部の厚み方向の両側の少なくとも一方において、少なくとも第２ガス流路に対応する箇所に、絶縁部材を配置することができる。【００３９】
この絶縁部材の配置により、第２ガス流路の厚み方向の両側の部材が接触して電気的にショートすることを防止できる。特に、燃料ガスと酸化剤ガスの流路を分離するセパレータの材料として薄膜の金属プレートが使用される場合には、セパレータが第２ガス流路に入り込んでインターコネクタに接触する可能性があるが、この絶縁部材を配置することによって、そのようなショートの発生を防止できる。【００４０】
（１５）本発明では、第１５態様として、絶縁部材を、空気極側に配置することができる。
これにより、空気極側におけるショートを有効に防止できる。【００４１】
（１６）本発明では、第１６態様として、絶縁部材の材料として、マイカ又はバーミキュライトを用いることができる。
（１７）本発明では、第１７態様として、ガスシール部として、第１ガス流路及び第２ガス流路が、プレス加工又はレーザ加工によって形成されたものを用いることができる。【００４２】
なお、本発明におけるガスシール部は、インターコネクタとセパレータとに密着してインターコネクタとセパレータとの間のガスシールを行う部材であり、従来の金属プレートのような硬質の金属材料ではなく、マイカやバーミュキライトの様に、（積層方向の）押圧によって自身が変形して周囲に密着してガスシールを行う部材（コンプレッションシール）である。なお、インターコネクタとセパレータとの間に、前記絶縁部材の様に（ガスシールが可能な）他の部材を介在させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施例１の固体酸化物形燃料電池の平面図である。
【図２】図１のII方向から見た実施例１の固体酸化物形燃料電池の側面図である。
【図３】実施例１における燃料電池セルを分解した状態を示す説明図である。
【図４】実施例１における燃料電池セルを分解した状態を示す斜視図である。
【図５】ガスシール部の一部を拡大して示す平面図である。
【図６Ａ−６Ｂ】（Ａ）は空気極側における空気の流れを空気極側のガスシール部の表面に沿った断面にて示す説明図、（Ｂ）は燃料極側における燃料ガスの流れを燃料極側のガスシール部の表面に沿った断面にて示す説明図である。
【図７】実施例２における燃料電池セルを分解した状態を示す説明図である。
【図８】実施例２における燃料電池セルを分解した状態を示す斜視図である。
【図９Ａ−９Ｂ】（Ａ）は空気極側における空気の流れを空気極側のガスシール部の表面に沿った断面にて示す説明図、（Ｂ）は燃料極側における燃料ガスの流れを燃料極側のガスシール部の表面に沿った断面にて示す説明図である。
【図１０】固体酸化物形燃料電池の積層方向における第１ガス流路と第３ガス流路の分岐の状態を示す説明図である。
【図１１】ガスシール部の平面方向における第３ガス流路と第２ガス流路の分岐の状態を示す説明図である。
【図１２】実施例３における燃料電池セルを分解した状態を示す説明図である。
【図１３】実施例３における燃料電池セルを分解した状態を示す斜視図である。
【図１４】比較例１における燃料電池セルを分解した状態を示す説明図である。
【図１５Ａ−１５Ｂ】（Ａ）は空気極側における空気の流れを示す説明図、（Ｂ）は燃料極側における燃料ガスの流れを示す説明図である。
【図１６】比較例２における燃料電池セルを分解した状態を示す説明図である。
【図１７Ａ−１７Ｂ】（Ａ）は空気極側における空気の流れを示す説明図、（Ｂ）は燃料極側における燃料ガスの流れを示す説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１…固体酸化物形燃料電池
３、２０１、３０１、４１３、５１１…燃料電池セル
５…燃料電池スタック
３３、２０５、３０５…燃料極
３５、２０７、３０７…固体酸化物体
３７、２０９、３０９…空気極
４３、２１５、３１５、４０１、５０１、５０２…インターコネクタ
４５、５１、２１７、２２３、３１７、３２３…ガスシール部
４７、２１９、３１９、４０７、５０５…セパレータ
４９、２２１、３２１、４０９、５０７…燃料極フレーム
６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８、２３１、２３２、２３４、２３５、２３６、２３７、２３８、３３１３３２、３３３、３３４、３３５、３３６、３３７、３３８…挿通孔
７１、７２、７３、７４、８１、８２、８３、８４、９１、９２、９３、９４、１０１、１０２、１０３、１０４、２５１、２５２、２５３、２５４、２６１、２６２、２６３、２６４、３４１、３４２…貫通孔
７７、１０５、２４１、２６７、３４５…切り欠き
３２５…絶縁フレーム
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、本発明が適用された固体酸化物形燃料電池の実施例について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００４６】
ａ）まず、本実施例の固体酸化物形燃料電池の概略構成について説明する。
図１及び図２に示す様に、固体酸化物形燃料電池１は、燃料ガス（例えば水素）と酸化剤ガス（例えば空気）との供給を受けて発電を行う装置である。【００４７】
この固体酸化物形燃料電池１は、発電単位（発電セル）である平板形の燃料電池セル３が複数個（例えば１８段）積層された燃料電池スタック５と、燃料電池スタック５を貫く複数のボルト１１〜１８と、各ボルト１１〜１８の両端に螺合する各ナット１９（総称）とを備えている。【００４８】
また、図１に示す様に、各ボルト１１〜１８のうち、第２ボルト１２には、燃料ガスを固体酸化物形燃料電池１に供給する燃料ガス導入管２１を備え、第４ボルト１４には、空気を固体酸化物形燃料電池１に供給する空気導入管２３を備え、第６ボルト１６には、発電後の燃料ガスを固体酸化物形燃料電池１から排出する燃料ガス排出管２５を備え、第８ボルト１８には、発電後の空気を固体酸化物形燃料電池１から排出する空気排出管２７を備えている。【００４９】
以下、各構成について説明する。
・図３に分解して示す様に、前記燃料電池セル３は、いわゆる燃料極支持膜形タイプの板状の燃料電池セルであり、燃料ガス流路３１側には、板状の燃料極（アノード）３３が配置されるとともに、燃料極３３の図３上側の表面には薄膜の固体電解質体（固体酸化物体）３５が形成される。その固体酸化物体３５の空気流路３９側の表面には、薄膜の空気極（カソード）３７が形成されている。なお、燃料極３３と固体酸化物体３５と空気極３７とをセル本体４１と称する。【００５０】
また、この燃料電池セル３は、上下一対のインターコネクタ４３、４３の間に、空気極３７側の板形状のガスシール部４５と、セル本体４１の外縁部の上面に接合して空気流路３９と燃料流路３１との間を遮断するセパレータ４７と、燃料ガス流路３１側に配置された燃料極フレーム４９と、（燃料極フレーム４９より外側（図３下方）に配置された）燃料極３３側の板形状のガスシール部５１とを備えており、それらが積層されて一体に構成されている。【００５１】
更に、前記燃料電池セル３内には、燃料極３３と図３下側のインターコネクタ４３との間に、燃料極側集電体５３が配置され、各インターコネクタ４３の一方（図３下方）の表面には、空気極側集電体５５が一体に形成されている。なお、前記燃料電池スタック５は、複数個の燃料電池セル３が電気的に直列に接続されたものである。【００５２】
ここで、固体酸化物体３５としては、ＹＳＺ、ＳｃＳＺ、ＳＤＣ、ＧＤＣ、ペロブスカイト系酸化物等の材料が使用できる。また、燃料極３３としては、Ｎｉ及びＮｉとセラミックとのサーメットが使用でき、空気極３７としては、ペロブスカイト系酸化物、各種貴金属及び貴金属とセラミックとのサーメットが使用できる。
・以下に、燃料電池セル３を構成する各部材について、更に詳細に説明する。なお、燃料電池セル３の平面形状は正方形であるので、燃料電池セル３を構成する各部材の平面形状も正方形である。【００５３】
図４に分解して示す様に、前記インターコネクタ４３は、例えばフェライト系ステンレスからなる厚み０．３〜２．０ｍｍの板材であり、その外縁部には、前記ボルト１１〜１８が貫挿される例えば直径１０ｍｍの丸孔である挿通孔（第１〜第８挿通孔）６１〜６８が、等間隔に形成されている。つまり、インターコネクタ４３の四隅と各辺の中点に対応する位置に、８箇所に挿通孔６１〜６８（なお、各部材における挿通孔には同じ番号を付す：以下同様）が形成されている。【００５４】
また、前記空気極３７側のガスシール部４５は、例えばマイカ又はバーミキュライトからなる厚み０．２〜１．０ｍｍの枠状の板材であり、その四隅の角部には、前記ボルト１１、１３、１５、１７が貫挿される各挿通孔６１、６３、６５、６７が形成されている。【００５５】
このガスシール部４５の四方の各辺の縁部には、前記ボルト１２、１４、１６、１８が貫挿される各挿通孔６２、６４、６６、６８と連通するように、その辺に沿って、ガスの流路（第１ガス流路）となる略長方形状（長さ１００ｍｍ×幅１０ｍｍ）の貫通孔（第１〜第４貫通孔）７１〜７４が形成されている。つまり、各貫通孔７１〜７４は、積層方向から見た場合、各挿通孔６２、６４、６６、６８を含むように形成されている。【００５６】
ここで、第１貫通孔７１は、燃料ガスを外部より固体酸化物形燃料電池１内に導入するために用いられる（燃料電池セル３の各部材を積層方向に貫通する）第１ガス流路であり、第３貫通孔７３は、発電後の燃料ガスを固体酸化物形燃料電池１外に排出するために用いられる第１ガス流路であり、第２貫通孔７２は、空気を固体酸化物形燃料電池１内に導入するために用いられる第１ガス流路であり、第４貫通孔７４は、発電後の空気を固体酸化物形燃料電池１外に排出するために用いられる第１ガス流路である。【００５７】
なお、各貫通孔７１〜７４は、インターコネクタ４３を板厚方向から見た場合に、点対称及び線対称となるように形成されており、点対称の中心は重心（対角線の交点）であり、線対称の中心軸はインターコネクタ４３の向かい合う辺の中点を結んだ線である。【００５８】
特に前記ガスシール部４５には、中央の正方形の開口部７５と左右の第２、第４貫通孔７２、７４と連通するように、ガスシール部４５の右左の枠部分に、細径（長さ２０ｍｍ×幅５ｍｍ）のガス流路（第２ガス流路）となる長方形の切り欠き７７がそれぞれ４本ずつ形成されている（図５参照）。【００５９】
なお、この切り欠き７７は、貫通孔ではなく、ガスシール部４５の一方の表面（図５の紙面の手前側）を掘って形成された溝であり、レーザやプレス加工によって形成することができる。【００６０】
この切り欠き７７のガス流路の流れ方向（図４左右方向）における断面積（流れ方向と垂直の断面積）は、各貫通孔７２、７４の流れ方向（図４上下方向：積層方向）における断面積（流れ方向と垂直の断面積）より小さく設定されている。また、各切り欠き７７は、左右の辺の中点を結んだ線を中心とした線対称となるように配置されているが、その本数については、例えば１つの辺について６本以上など、適宜設定すればよい。【００６１】
また、前記セパレータ４７は、例えばフェライト系ステンレスからなる厚み０．０２〜０．３０ｍｍの枠状の板状であり、その中央の正方形の開口部７９には、開口部７９を閉塞するように前記セル本体４１が接合されている。【００６２】
このセパレータ４７においても、前記ガスシール部４５と同様に、その四隅の角部に同形状の各挿通孔６１、６３、６５、６７が形成されるとともに、四方の各辺に沿って（第１ガス流路となる）同形状の各貫通孔８１〜８４が形成されている。【００６３】
更に、前記燃料極フレーム４９は、中央に開口部８５を備えた例えばフェライト系ステンレスからなる厚み０．５〜２．０ｍｍの枠状の板材であり、前記セパレータ４７と同様に、その四隅の角部に同形状の各挿通孔６１、６３、６５、６７が形成されるとともに、四方の各辺に沿って（第１ガス流路となる）同形状となる各貫通孔９１〜９４が形成されている。【００６４】
また、前記燃料極３３側のガスシール部５１は、前記空気極３７側のガスシール部４５と同様に、中央に開口部９５を備えた例えばマイカ又はバーミキュライトからなる厚み０．２〜１．０ｍｍの枠状の板材であり、その四隅の角部には同形状の各挿通孔６１、６３、６５、６７が形成されるとともに、四方の各辺に沿って（第１ガス流路となる）同形状の各貫通孔１０１〜１０４が形成されている。【００６５】
このガスシール部５１にも、対向する各枠部分に、開口部９５と第１、第３貫通孔１０１、１０３と連通するように、細径（長さ２０ｍｍ×幅５ｍｍ）のガス流路（第２ガス流路）となる切り欠き１０５が、それぞれ４本ずつ設けられている。なお、前記ガスシール部４５とこのガスシール部５１との平面形状は同一であり、平面に沿って、重心を中心にして９０°回転させたものと同じ形状である。【００６６】
そして、上述した各部材の積層構造により、燃料電池セル３の４辺に沿って積層方向に配置される同形状の各貫通孔７１〜７４、８１〜８４、９１〜９４、１０１〜１０４によって、（ガスを積層方向に流すための）第１ガス流路を構成する四角柱状の空間が形成される。【００６７】
詳しくは、（積層方向における投影形状が重なり合う）各貫通孔７２、８２、９２、１０２によって、空気が導入される空間が構成され、（同様に重なり合う）各貫通孔７４、８４、９４、１０４によって、空気が排出される空間が構成され、（同様に重なり合う）各貫通孔７１、８１、９１、１０１によって、燃料ガスが導入される空間が構成され、（同様に重なり合う）各貫通孔７３、８３、９３、１０３によって、燃料ガスが排出される空間が構成される。【００６８】
ｂ）次に、ボルト１１〜１８による固定等について説明する。
前記図１に示す様に、ボルト１１〜１８及びナット１９は、燃料電池スタック５を分離可能に一体に結束して固定するための連結部材である。【００６９】
従って、このボルト１１〜１８及びナット１９によって、固体酸化物形燃料電池１を積層方向に締め付けると、燃料電池スタック５を構成する燃料電池セル３（及び燃料電池セル３を構成する各部材）を一体に固定できる。逆に、ボルト１１〜１８及びナット１９による固定を緩めると、燃料電池スタック５を構成する燃料電池セル３（及び燃料電池セル３を構成する各部材）を分離することができる。【００７０】
また、ボルト１１〜１８のうち、固体酸化物形燃料電池１の四隅に配置された４本のボルト１１、１３、１５、１７は、単に燃料電池スタック５を固定するためのみに使用されるボルトである。【００７１】
一方、他のボルト１２、１４、１６、１８は、燃料電池スタック５の固定とともに、ガスを流通させる流路として用いられる。即ち、後に詳述する様に、第４、第８ボルト１４、１８が貫挿される第４、第８挿通孔６４、６８は、空気の流路として用いられ、第２、第６ボルト１２、１６が貫挿される第２、第６挿通孔６２、６６は、燃料ガスの流路として用いられる。【００７２】
ｃ）次に、本実施例におけるガスの流路について説明する。
＜空気の流路＞
前記空気導入管２３から燃料電池スタック５内に導入された空気は、図６Ａに空気極３７側から内部を見た状態を示す様に、第４ボルト１４が挿通される第４挿通孔６４（第１ガス流路）を介して、各部材の長方形の第２貫通孔７２、８２、９２、１０２によって構成される空間１１１（第１ガス流路）に導入される。【００７３】
この空気は、第１ガス流路の空間１１１から、同図右側の細径の切り欠き７７（第２ガス流路）を介して、空気極３７側の空気流路３９に導入される。
その後、燃料電池セル３内にて発電に寄与した残余の空気は、同図左側の細径の切り欠き７７（第２ガス流路）を介して、各部材の長方形の第４貫通孔７４、８４、９４、１０４によって構成される空間１１３（第１ガス流路）に排出される。【００７４】
そして、残余の空気は、この第１ガス流路の空間１１３から、第８ボルト１８が挿通される第８挿通孔６８（第１ガス流路）などを介して、空気排出管２７から燃料電池スタック５外に排出される。【００７５】
＜燃料ガスの流路＞
前記燃料ガス導入管２１から燃料電池スタック５内に導入された燃料ガスは、図６Ｂに燃料極３３側から内部を見た状態を示す様に、第２ボルト１２が挿通される第２挿通孔６２（第１ガス流路）を介して、各部材の長方形の第１貫通孔７１、８１、９１、１０１によって構成される空間１１５（第１ガス流路）に導入される。【００７６】
この燃料ガスは、第１ガス流路の空間１１５から、同図上側の細径の切り欠き１０５（第２ガス流路）を介して、燃料極３３側の燃料ガス流路３１に導入される。
その後、燃料電池セル３内にて発電に寄与した残余の燃料ガスは、同図下側の細径の切り欠き１０５（第２ガス流路）を介して、各部材の長方形の第３貫通孔７３、８３、９３、１０３によって構成される空間１１７（第１ガス流路）に排出される。【００７７】
そして、残余の燃料ガスは、この第１ガス流路の空間１１７から、第６ボルト１６が挿通される第６挿通孔６６（第１ガス流路）などを介して、燃料ガス排出管２５から燃料電池スタック５外に排出される。【００７８】
ｄ）本実施例の効果について説明する。
本実施例では、ガスシール部４５、５１に、第１ガス流路及び第２ガス流路が形成されている。これによって、従来必要であった空気極３７側の（流路形成のための数段分の）金属フレームを省略することが可能である。また、インターコネクタ４３にも第２ガス流路となる複雑な流路を形成する必要性が無くなるので、インターコネクタ４３の厚みを薄くすることができる。【００７９】
その結果、固体酸化物形燃料電池１の厚みを小さくすることができるので、発電時における固体酸化物形燃料電池１の中央部と端部（外周側）、又は固体酸化物形燃料電池１の積層方向の両端での温度分布を均一にすることができる。また、固体酸化物形燃料電池１の起動開始から定格温度に達するまでの時間を短縮することができる。【００８０】
更には、金属フレームやインターコネクタ４３に複雑な流路を形成するために必要な作業工程や加工費を削減することができ、しかも、従来の金属フレーム等のロウ付け工程を省略することも可能である。【００８１】
なお、従来は、固体酸化物形燃料電池１の強度を確保しつつ複雑な流路を形成するためには、流路を形成する金属フレームやインターコネクタ４３などを厚くする必要があるが、本実施例では、ガスシール部４５、５１に第１ガス流路及び第２ガス流路を形成するので、インターコネクタ４３などを薄くしても、固体酸化物形燃料電池１の強度を十分に確保することができる。【００８２】
また、ガスシール部４５、５１の各辺における４本の切り欠き７７、１０５（第２ガス流路）は、第１ガス流路の中心（詳しくは対向する各辺の中点を結ぶ線を線対称の中心）として、線対称となるように形成されているので、空気や燃料ガスを空気極３７や燃料極３３に対して均一になるように流すことができる。
【実施例２】
【００８３】
次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
本実施例は、ガスシール部に第１ガス流路及び第２ガス流路を設けるとともに、セパレータ及び燃料極フレームに第１ガス流路と第２ガス流路とを連通する第３ガス流路を設けたものである。【００８４】
ａ）まず、本実施例の固体酸化物形燃料電池を構成する燃料電池セルの構造について説明する。
図７に示す様に、本実施例の固体酸化物形燃料電池を構成する燃料電池セル２０１は、前記実施例１と同様に、燃料ガス流路２０３側に燃料極２０５が配置されるとともに、燃料極２０５の図７上側の表面に固体酸化物体２０７が形成され、固体酸化物体２０７の空気流路２１３側の表面に空気極２０９が形成されている。なお、燃料極２０５と固体酸化物体２０７と空気極２０９とをセル本体２１１と称する。【００８５】
また、この燃料電池セル２０１は、前記実施例１と同様に、上下一対のインターコネクタ２１５、２１５の間に、空気極２０９側のガスシール部２１７と、セル本体２１１が接合されたセパレータ２１９と、燃料極フレーム２２１と、燃料極２０５側のガスシール部２２３と、を備えている。【００８６】
詳しくは、図８に分解して示す様に、前記インターコネクタ２１５は、例えばフェライト系ステンレスからなる厚み０．３〜２．０ｍｍの板材であり、その外縁部には、前記実施例１と同様に、８箇所に挿通孔（第１〜第８挿通孔）２３１〜２３８が形成されている。【００８７】
また、前記空気極２０９側のガスシール部２１７は、例えばマイカ又はバーミキュライトからなる厚み０．５ｍｍの枠状の板材であり、その外周の縁部には、前記インターコネクタ２１５と同様に、８箇所に挿通孔２３１〜２３８が形成されている。【００８８】
更に、このガスシール部２１７には、中央の開口部２３９と連通するように、同図の左右方向に伸びる（第２ガス流路となる）切り欠き２４１が、開口部２３９の左右にそれぞれ４箇所に形成されている。【００８９】
なお、このガスシール部２１７においては、（第１ガス流路となる）挿通孔２３１〜２３８と（第２ガス流路となる）切り欠き２４１とは、連通していない構成となっている。
この切り欠き２４１は、ガスシール部２１７を板厚方向に貫通するように形成されているとともに、左右の辺の中点を結ぶ線を中心とする線対称に形成されている。また、切り欠き２４１は、開口部２３９から左右方向の外側に伸びているが、その先端は、（後述する第３ガス流路を構成する）セパレータ２１９の左右の第２、第４貫通孔２５２、２５４と重なる位置まで形成されている。【００９０】
更に、前記セパレータ２１９は、例えばフェライト系ステンレスからなる厚み０．０２〜０．３０ｍｍの枠状の板状であり、前記ガスシール部２１７と同様に、８箇所に各挿通孔２３１〜２３８が形成されている。【００９１】
そして、各挿通孔２３１〜２３８のうち、第２、第４、第６、第８挿通孔２３２、２３４、２２６、２３８には、それぞれ、第３ガス流路を構成する（長さ１００ｍｍ×幅１０ｍｍ）の長方形（短冊形状）の貫通孔（第１〜第４貫通孔）２５１〜２５４が形成されている。【００９２】
また、前記燃料極フレーム２２１は、中央に開口部２５５を備えた例えばフェライト系ステンレスからなる厚み０．５〜２．０ｍｍの枠状の板材であり、前記セパレータ２１１と同様に、８箇所に各挿通孔２３１〜２３８を備えるとともに、４箇所に（前記貫通孔２５１〜２５４と重なるように）同形状の貫通孔２６１〜２６４を備えている。【００９３】
更に、前記燃料極２０５側のガスシール部２２３は、前記空気極２０９側のガスシール部２３９と同様に、中央に開口部２６５を備えた例えばマイカからなる厚み０．２〜１．０ｍｍの枠状の板材であり、その周囲には、同様に８箇所に各挿通孔２３１〜２３８が形成されている。【００９４】
このガスシール部２２３にも、その対向する枠部分に、開口部２６５と連通するように、外側の辺に向かって伸びる（第２ガス流路となる）切り欠き２６７が、それぞれ４本ずつ設けられている。【００９５】
なお、このガスシール部２２３においても、（第１ガス流路となる）挿通孔２３１〜２３８と（第２ガス流路となる）切り欠き２６７とは、いずれも連通していない構成となっている。また、この切り欠き２４１は、ガスシール部２１７を板厚方向に貫通するように形成されている。【００９６】
なお、前記ガスシール部２１７とこのガスシール部２２３との平面形状は同一であり、平面に沿って、重心を中心にして９０°回転させたものと同じ形状である。
なお、前記切り欠き２６７は、開口部２６５から外側に伸びているが、その先端は、（第３ガス流路を構成する）前記燃料極フレーム２２１の上下の第１、第３貫通孔２６１、２６３と重なる位置まで形成されている。【００９７】
ｂ）次に、本実施例におけるガスの流路について説明する。
＜空気の流路＞
図９Ａに空気極２０９側から内部を見た状態を示す様に示す様に、外部から固体酸化物形燃料電池内に導入された空気は、第４挿通孔２３４（第１ガス流路）を介して、セパレータ２１９の第２貫通孔２５２（第３ガス流路）に導入される。【００９８】
この空気は、第３ガス流路である第２貫通孔２５２から、同図右側の細径の切り欠き２４１（第２ガス流路）を介して、空気極２０９側の空気流路２１３に導入される。
その後、燃料電池セル２０１内にて発電に寄与した残余の空気は、同図左側の細径の切り欠き２４１（第２ガス流路）を介して、セパレータ２１９の第４貫通孔２５４（第３ガス流路）に排出される。【００９９】
そして、残余の空気は、この第３ガス流路である第４貫通孔２５４から、第８挿通孔２３８（第１ガス流路）を介して、固体酸化物形燃料電池外に排出される。
＜燃料ガスの流路＞
図９Ｂに燃料極２０５側から内部を見た状態を示す様に、外部から固体酸化物形燃料電池内に導入された燃料ガスは、第２挿通孔２３２（第１ガス流路）を介して、燃料極フレーム２２１の第１貫通孔２６１（第３ガス流路）に導入される。【０１００】
この燃料ガスは、第３ガス流路である第１貫通孔２６１から、同図上側の細径の切り欠き２６５（第２ガス流路）を介して、燃料極２０５側の燃料ガス流路２０３に導入される。
その後、燃料電池セル２０１内にて発電に寄与した残余の燃料ガスは、同図下側の細径の切り欠き２６７（第２ガス流路）を介して、燃料極フレーム２２１の第３貫通孔２６３（第３ガス流路）に排出される。【０１０１】
そして、残余の燃料ガスは、この第３ガス流路である第３貫通孔２６３から、第６挿通孔２３６（第１ガス流路）を介して、固体酸化物燃料電池外に排出される。
ｃ）次に、第１〜第３ガス流路における圧力の関係について説明する。【０１０２】
本実施例においては、第１〜第３ガス流路が設けられているので、ここでは、第１〜第３ガス流路における圧力の関係について説明する。
・図１０に模式的に示す様に、本実施例では、固体酸化物形燃料電池の積層方向において、第３ガス流路は分岐点Ａにて第１ガス流路から分岐する構成であり、第１ガス流路の分岐点Ａより下流側における圧損指数（ΔＰＡ１）が、第３ガス流路の分岐点Ａより下流側における圧損指数（ΔＰＡ３）より小さくなるように設定されている。【０１０３】
つまり、同図の破線内において、第３ガス流路と第１ガス流路にガス（燃料ガス又は空気）は分岐されるが、その際、第１ガス流路の圧損指数が第３ガス流路の圧損指数より大きいと、ガスは分岐点Ａより下流側（末端側）の他の第３ガス流路までガスが供給されにくくなる。よって、ここでは、上記の様に圧損指数が設定されている。【０１０４】
次に、実際に、固体酸化物形燃料電池における各数値を規定することにより、上記圧損指数の関係が必要であることを説明する。
前記図１０に示す様に、ガスの流量が第１ガス流路の末端部とその末端部に一番近い第３ガス流路に、１：１の割合で流れるケースを考える。【０１０５】
ここでは、下記の寸法等の数値を規定する。
第３ガス流路の長さ（配管長）    ３０ｍｍ
第３ガス流路の断面積            ３０ｍｍ2
第３ガス流路の円相当径          ０．００３０９０ｍ
第３ガス流路の流量              ３．３３Ｌ／ｍｉｎ
従って、前記式（２）より、圧損指数（ΔＰＡ３）は、３３．２となる。【０１０６】
第１ガス流路の長さ（配管長）    ４ｍｍ
第１ガス流路の断面積            １２０ｍｍ2
第１ガス流路の円相当径          ０．０１２３６ｍ
第１ガス流路の流量              ３．３３Ｌ／ｍｉｎ
従って、前記式（２）より、圧損指数（ΔＰＡ１）は、０．０６９となる。【０１０７】
よって、圧損指数（ΔＰＡ３）＞圧損指数（ΔＰＡ１）であることが分かる。
・また、図１１に模式的に示す様に、本実施例では、前記積層方向と垂直の平面方向において、第２ガス流路は分岐点Ｂにて第３ガス流路から分岐する構成であり、第３ガス流路の分岐点Ｂより下流側における圧損指数（ΔＰＢ３）が、第２ガス流路の分岐点Ｂより下流側における圧損指数（ΔＰＢ２）より小さくなるように設定されている。【０１０８】
つまり、同図の破線内において、第２ガス流路と第３ガス流路にガスは分岐されるが、その際、第３ガス流路の圧損指数が第２ガス流路の圧損指数より大きいと、ガスは分岐点Ｂより下流側（末端側）の他の第２ガス流路までガスが供給されにくくなる。よって、ここでは、上記の様に圧損指数が設定されている。【０１０９】
次に、実際に、固体酸化物形燃料電池における各数値を規定することにより、上記圧損指数の関係が必要であることを説明する。
前記図１１に示す様に、ガスの流量が第３ガス流路の末端部とその末端部に一番近い第２ガス流路に、１：１の割合で流れるケースを考える。【０１１０】
ここでは、下記の寸法等の数値を規定する。
第２ガス流路の長さ（配管長）    ２０ｍｍ
第２ガス流路の断面積            ２．５ｍｍ2
第２ガス流路の円相当径          ０．００１７８４ｍ
第２ガス流路の流量              １．６７Ｌ／ｍｉｎ
従って、前記式（２）より、圧損指数（ΔＰＡ２）は、１３９０となる。【０１１１】
第３ガス流路の長さ（配管長）    １８ｍｍ
第３ガス流路の断面積            １５ｍｍ2
第３ガス流路の円相当径          ０．００４３７０ｍ
第３ガス流路の流量              １．６７Ｌ／ｍｉｎ
従って、前記式（２）より、圧損指数（ΔＰＡ３）は、１４．１８となる。【０１１２】
よって、圧損指数（ΔＰＡ２）＞圧損指数（ΔＰＡ３）であることが分かる。
ｄ）本実施例では、ガスシール部２１７、２２３に、第１ガス流路及び第２ガス流路が形成されるとともに、ガスシール部２１７、２２３に隣接するセパレータ２１９及び燃料極フレーム２２１に、第１ガス流路と第２ガス流路とを連通する第３ガス流路が形成されている。つまり、ガスシール部２１７、２２３においては、第１ガス流路と第１ガス流路とが連通しないように構成されている。本実施例によっても、前記実施例１と同様な効果を奏する。
【実施例３】
【０１１３】
次に、実施例３について説明するが、前記実施例２と同様な内容の説明は省略する。
本実施例は、ガスシール部に第１ガス流路及び第２ガス流路を設けるとともに、セパレータ及び燃料極フレームに第１ガス流路と第２ガス流路とを連通する第３ガス流路を設け、更に、ガスシール部に隣接して絶縁部材を配置したものである。【０１１４】
ａ）まず、本実施例の固体酸化物形燃料電池を構成する燃料電池セルの構造について説明する。
図１２に示す様に、本実施例の固体酸化物形燃料電池を構成する燃料電池セル３０１は、前記実施例２と同様に、燃料ガス流路３０３側に燃料極３０５が配置されるとともに、燃料極３０５の図１２上側の表面に固体酸化物体３０７が形成され、固体酸化物体３０７の空気流路３１３側の表面に空気極３０９が形成されている。なお、燃料極３０５と固体酸化物体３０７と空気極３０９とをセル本体３１１と称する。【０１１５】
また、前記燃料電池セル３０１は、前記実施例２と同様に、上下一対のインターコネクタ３１５、３１５の間に、空気極３０９側のガスシール部３１７と、セル本体３１１が接合されたセパレータ３１９と、燃料極フレーム３２１と、燃料極３０５側のガスシール部３２３と、を備えるとともに、特に本実施例では、後述する様に、ガスシール部３１７とセパレータ３１９との間に、電気的な絶縁を行うための絶縁部材である絶縁フレーム３２５を備えている。【０１１６】
詳しくは、図１３に分解して示す様に、本実施例では、インターコネクタ３１５、３１５、ガスシール部３１７、セパレータ３１９、燃料極フレーム３２１、ガスシール部３２３の材質や形状は、前記実施例２と同じであり、同様に第１ガス流路を構成する挿通孔や第３ガス流路を構成する貫通孔や第２ガス流路を構成する切り欠き等を備えている。【０１１７】
特に、本実施例では、前記絶縁フレーム３２５は、例えばマイカ又はバーミキュライトからなる厚み０．１２ｍｍの正方形の枠状の板材であり、その正方形の開口部３２７の周囲の外縁部には、インターコネクタ３１５等と同様に、８箇所に挿通孔（第１〜第８挿通孔）３３１〜３３８が形成されている。【０１１８】
この絶縁フレーム３２５には、左右の第４、第８挿通孔３３４、３３８を中心にして辺に沿って延びるように、第４、第８挿通孔３３４、３３８と連通する短冊状の連通孔３４１、３４２が形成されている。この連通孔３４１、３４２は、セパレータ３１９や燃料極フレーム３２１の左右の連通孔と重なって同一の空間を形成するように同形状とされている。【０１１９】
前記絶縁フレーム３２５は、薄膜のセパレータ３１９がガスシール部３１７の細径の切り欠き３４５内に入り込み、インターコネクタ３１５と接触してショートすることを防止するためのものであり、そのため、絶縁フレーム３２５の幅（枠部分の幅）は、ガスシール部３１７の切り欠き３４５の全てを覆うように、ガスシール部３１７の幅より大きく設定されている。【０１２０】
従って、本実施例では、前記実施例２と同様な効果を奏するとともに、セパレータ３１９とインターコネクタ３１５との間のショートを防止するという利点がある。
［実験例］
次に、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。【０１２１】
ここでは、下記の示す様な比較例１、比較例２の構造の固体酸化物形燃料電池を製造して、その性能を調べた。
（１）比較例１
図１４に示す様に、フェライト系ステンレスからなる厚み０．３〜２．０ｍｍのインターコネクタ４０１、マイカからなる厚み０．２〜１．０ｍｍのガスシール部（但し第２ガス流路はない）４０３、フェライト系ステンレスからなる厚み０．３〜１．５ｍｍの第２ガス流路が形成された空気極フレーム４０５、フェライト系ステンレスからなる厚み０．０２〜０．３０ｍｍのセパレータ４０７、フェライト系ステンレスからなる厚み１．０〜３．０ｍｍの第２ガス流路が形成された燃料極フレーム４０９、マイカからなる厚み０．２〜１．０ｍｍのガスシール部（但し第２ガス流路はない）４１１等を備えた燃料電池セル４１３を１８段用いて、比較例１の固体酸化物形燃料電池を作製した。【０１２２】
この比較例１においては、図１５Ａ−１５Ｂに示す様に、空気極フレーム４０５や燃料極フレーム４０９に、空気や燃料ガスの流路である第２ガス流路が形成されるが、この第２ガス流路は、空気極フレーム４０５や燃料極フレーム４０９を板厚方向に貫通するものではなく、その表面に溝４１５、４１７を形成して第２ガス流路としたものである。【０１２３】
そして、この比較例１の固体酸化物形燃料電池を用いて、７００℃、６５Ａの運転条件で発電を行った。
この比較例１では、空気極フレーム４０５が増えた分、スタック厚みが増加し、発電時におけるスタック中央と側端部との温度分布差が、実施例１に比べて大きくなった。【０１２４】
具体的には、実施例１では、温度分布差が約３０℃であったが、比較例１では、温度分布差が約８０℃であった。
また、スタックの起動開始から定格温度に達するまでの時間も、実施例１に比べて増加した。【０１２５】
具体的には、実施例１では、発電開始温度である７００℃までの起動時間が２時間であったが、比較例１では、起動時間が４時間であった。
（２）比較例２
図１６に示す様に、フェライト系ステンレスからなる厚み０．８〜２．５ｍｍのインターコネクタ５０１、５０２、マイカからなる厚み０．２〜１．０ｍｍのガスシール部（但し第２ガス流路はない）５０３、フェライト系ステンレスからなる厚み０．０２〜０．３０ｍｍのセパレータ５０５、フェライト系ステンレスからなる厚み０．５〜２．０ｍｍの燃料極フレーム５０７、マイカからなる厚み０．２〜１．０ｍｍのガスシール部（但し第２ガス流路はない）５０９等を備えた燃料電池セル５１１を１８段用いて、比較例２の固体酸化物形燃料電池を作製した。【０１２６】
この比較例２においては、図１７Ａ−１７Ｂに示す様に、インターコネクタ５０１、５０２に、空気や燃料ガスの流路である第２ガス流路が形成されるが、この第２ガス流路は、インターコネクタ５０１、５０２を板厚方向に貫通するものではなく、その表面に（ハーフエッチングによって）溝５１３、５１５を形成して第２ガス流路としたものである。なお、インターコネクタ５０１、５０２の中央部分の灰色部分は、空気極側の集電体５２１と燃料極側の集電体５２３である。【０１２７】
そして、この比較例２の固体酸化物形燃料電池を用いて、７００℃、６５Ａの運転条件で発電を行った。
この比較例２では、インターコネクタ５０１、５０２に流路を形成しなければならないため、インターコネクタ５０１、５０２の厚みが増えた分、スタック厚みが増加し、発電時におけるスタック中央と側端部との温度分布差が、実施例１に比べて大きくなった。【０１２８】
具体的には、実施例１では、温度分布差が約３０℃であったが、比較例２では、温度分布差が約８０℃であった。
また、スタックの起動開始から定格温度に達するまでの時間も、実施例１に比べて増加した。【０１２９】
具体的には、実施例１では、発電開始温度である７００℃までの起動時間が２時間であったが、比較例２では、起動時間が４時間であった。
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。【０１３０】
例えば、前記実施例３で使用した絶縁部材を、前記実施例１、２において、同様な位置（例えばガスシール部とセパレータとの間の空気極側又は燃料極側）に配置して用いてもよい。
【図１】
2011148769.tif 000003
【図２】
2011148769.tif 000004
【図３】
2011148769.tif 000005
【図７】
2011148769.tif 000006
【図１２】
2011148769.tif 000007
【図１４】
2011148769.tif 000008
【図１６】
2011148769.tif 000009
【図４】
2011148769.tif 000010
【図５】
2011148769.tif 000011
【図６Ａ−６Ｂ】
2011148769.tif 000012
【図８】
2011148769.tif 000013
【図９Ａ−９Ｂ】
2011148769.tif 000014
【図１０】
2011148769.tif 000015
【図１１】
2011148769.tif 000016
【図１３】
2011148769.tif 000017
【図１５Ａ−１５Ｂ】
2011148769.tif 000018
【図１７Ａ−１７Ｂ】
2011148769.tif 000019
【国際調査報告】
2011148769.tif 000020
2011148769.tif 000021
2011148769.tif 000022
2011148769.tif 000023